多用户MIMO通信系统中用户与天线子集选择的研究

摘要

在无线通信系统中，采用MIMO技术可以在不增加带宽情况下显著提高系统容量，同时可以对抗无线信道的深衰落。因此，MIMO成为新一代无线通信中最具吸引力的技术之一。块对角化(BD，)是一种多用户MIMO系统下行链路中消除用户间干扰(CCI)的预编码技术，采用的方法是每个用户的信号在发送前乘以某个在其它所有用户信道零空间的预编码矩阵。采用BD技术，基站在同一时隙(同一频点，同一码片)支持同时通信的用户数受基站发射天线数目和终端接收天线数目的限制。因此，在具有较多终端用户的下行链路中，基于它们之间的差异性，基站需要进行用户选择以最大化系统总容量。另外，在终端有多根天线时，引入终端接收天线选择技术可以减少射频链路硬件成本，降低信号处理的复杂度，同时还可以增加基站所支持的同时通信的用户数目，提高系统性能。
　　 本文主要研究了基于系统容量最大化的准则的用户与天线选择算法，在提高系统性能和降低算法复杂度方面进行折衷。引入用户间相关系数门限的概念，在每步迭代中计算侯选用户和已选用户的相关系数，将高于某一门限的用户排除出侯选子集。这样可以缩小下一步迭代时的搜索范围，降低了复杂度，同时避免选取的用户相关性过大而在最后的波束成形时损失容量。考虑到采用BD技术基站需要通过反馈获取信道状态信息(CSI)，为了降低CSI的反馈量，本论文提出一种部分CSI反馈的用户与天线选择算法，采用终端天线选择和用户选择独立进行的方案，即先用Gorokhov的逐增贪婪算法在终端进行天线选择，然后将选择好的天线对应的CSI反馈到基站，之后在基站侧进行用户选择。该算法以牺牲一定的多用户分集增益为代价，降低了CSI的反馈量，同时减少了基站处理的复杂度。仿真表明该算法在相关瑞利信道情况下具有较好的性能。